JP3809261B2 - インクジェット記録方法およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のヒータが内部に設けられているノズルを用いて記録を行なうインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクを吐出すべきノズル内に電気熱変換体等のヒータを配設し、このヒータを駆動して熱によりインクを発泡させることによりインクをノズルから吐出させるインクジェット記録方法がある。このようなインクジェット記録方法においては、所望の大きさのドットによって画素を形成するために必要なインク吐出量を得るために、ヒータに供給される電力等の条件が設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記した通り所望の大きさのドットを形成するためにインク吐出量が設定されると、それに対応してインクの吐出速度が決まる。一般に、インク吐出量が多いと吐出速度が速くなる傾向にある。しかし、大きなインク滴が高速で飛翔し記録紙等の記録媒体に付着すると、跳ねを上げるスプラッターを生じて印字品質が低下するおそれがある。
【０００４】
また、例えば大ドットと小ドットとによって画素を形成するなど、インク吐出量を異ならせて階調記録を行なう場合、インク量の変化に対応して吐出速度も変化する。このように吐出速度が変化するとドットの位置ずれが生じるため印字品質が不安定になる場合がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、吐出速度に影響を及ぼすことなく所望の量のインクを吐出させることが可能なインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、吐出速度に影響を及ぼすことなくインク吐出量を変化させることが可能なインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、少なくとも２つのヒータが内部に設けられているノズルを用い、記録信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出することにより１画素の記録を行なうインクジェット記録方法であって、ノズル内のヒータのうち一方のみを駆動してインクを吐出してインク量の少ない画素を形成し、小ドットの記録を行なう工程と、ノズル内の２つのヒータのうちの一方を駆動し、その後で、前記ノズル内に供給されたインクのメニスカスが前記ノズルの開口端部よりも後退した位置に存在する期間内に設定されたタイミングで他方の前記ヒータを駆動してインクを吐出してインク量の多い画素を形成し、大ドットの記録を行なう工程とを有することにある。このようにすると、インク量の多い画素とインク量の少ない画素を形成する印字が効率よく行なえ、かつ印字品質が安定する。
大ドットの記録を行なう工程で先に駆動される前記ヒータが前記ノズルの前記開口端部側に配置されており、後に駆動される前記ヒータが前記ノズルの後部側に配置されていることが好ましい。さらに、大ドットの記録を行なう工程で先に駆動される前記ヒータが相対的に小であり、後に駆動される前記ヒータが相対的に大であることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図１には、本発明の実施形態および参考例において用いられるインク吐出用のノズル１が示されている。このノズル１内には、ノズル開口端部１ａ側に設けられている小型の前側ヒータ２と、それよりも後部に位置する大型の後側ヒータ３とが配設されている。本発明の参考例のインクジェット記録方法では、印字信号を受けると図示しない駆動回路により、まず小型ヒータ２が駆動され、その後で大型ヒータ３が駆動される。本参考例では、両ヒータ２、３の駆動タイミングは約１５μｓ以上、好ましくは１５〜３０μｓの間隔に設定される。この駆動タイミングについて次に説明する。
【００１５】
本願出願人は、両ヒータ２、３の駆動タイミングを変えた場合の、吐出速度ｖ、インク吐出量Ｖｄ、駆動周波数ｆｒについて測定を行ない、その結果を図２に示している。なお、図２（a）において第２のインク滴のｖが点線で示されているのは、第１のインク滴と分離しない状態で吐出されたためである。これによると、先に駆動されるヒータ２に対して後に駆動されるヒータ３の遅延タイミング（間隔）が、約１５μｓ以上の範囲では、インク吐出量Ｖｄの最大値と最小値との差が３０ｐｌあるものの、吐出速度ｖおよび駆動周波数ｆｒは比較的高速でかつ変動の幅が小さい。したがって、この範囲の中でタイミングを任意に設定することにより、吐出速度ｖおよび駆動周波数ｆｒをあまり変動させることなく、つまり印字品質があまり変動することなく、インク吐出量Ｖｄを変動させることができる。間隔が３０μｓ程度以内の範囲が、インク吐出量Ｖｄの変化が大きいので効果的である。一方、間隔が０μｓ（両ヒータ２、３の同時発熱）〜１５μｓ程度の範囲では、吐出速度ｖおよび駆動周波数ｆｒの変動が大きいため、従来例とあまり変わらない。したがって、図４に示すタイミングチャートのように、先に駆動するヒータの駆動パルスを送出してから、１５μｓ経過後に、後に駆動するヒータの駆動パルスを送出する場合（図４のＡ参照）から、３０μｓ経過後に、後に駆動するヒータの駆動パルスを送出する場合（図４のＢ参照）までの範囲が最も適している。
【００１６】
前記した効果を発揮するための、両ヒータの駆動のタイミングについてさらに説明する。図３は、前側ヒータが駆動されてからの経過時間と、インクのメニスカスのノズル開口端部における位置の変動を示すグラフである。この図３は、後側ヒータを駆動しないでメニスカスの振動が減衰するまでの様子を観測した結果を示している。メニスカスの＋側は開口端部から外側へ突出している量であり、−側は開口端部から内側へ後退している量である。
【００１７】
なお、本発明においてメニスカスとは吐出口部における気体と液体の界面（気液界面）の安定点を意味し、便宜上、インク吐出直後（０〜１０μｓ）はインク液柱の先端が安定点であるため、これを示す。したがって、インク吐出直後はメニスカス位置は＋側にある。その後、気泡の収縮に伴って液柱の吐出口付近にくびれが生じることにより、ここにもう一つの安定点が生じると、この部分をメニスカスと定義する。このため、図３において１０〜１５μｓ近傍に不連続部が生じている。つまり、本発明において、メニスカスが開口端部よりも後退した位置に存在するタイミングとは、吐出した液柱の吐出口付近にくびれが生じるタイミングとほぼ等しい。
【００１８】
前記した通り、本参考例では両ヒータの駆動タイミングの差が１５μｓ以上であるときに効果的であるが、図３によると、これはメニスカスが−側にあるとき、すなわちメニスカスがノズルの開口端部よりも後退した位置に存在する期間内で、後側ヒータを駆動すると効果的であることを示している。なお、図３ではタイミング８０μｓ以上ではメニスカスが＋側にあるが、図２によるとタイミング３０μｓ以上では吐出量にあまり変化がないことがわかっており、まして８０μｓ以上の範囲では実質的な効果は得られない。
【００１９】
本参考例において、ヒータを駆動するタイミングで吐出量が変化する理由は次の通りと考えられる。すなわち、先のヒータを駆動することによって生成された気泡が収縮するのに伴ってメニスカスが後退している時に後のヒータを駆動して発泡させた場合、その吐出力がメニスカスの後退速度によって打ち消されるため、吐出量は小さい。タイミングを遅くすることで、メニスカスの後退速度が衰えるため、吐出量が増加する。その後、メニスカスが復帰するタイミングでは、さらに吐出量が増加するが、その変化量はゆるやかとなる。
【００２０】
さらに、本参考例では、前側のヒータを先に駆動することにより生成された気泡が収縮する際に、後側のヒータを駆動する場合よりもヒータ前方の流路抵抗（イナータンス）がヒータ後方のそれと比べて小さいためメニスカスが大きく後退するので、その後メニスカスが後退・復帰する際に後側のヒータ駆動を行なうことによりインク吐出量を大きく変調させることが可能である。実質的にはメニスカスがノズルの開口端部よりも後退した位置に存在する期間内で後側ヒータを駆動すると効果的であるといえる。
【００２１】
この参考例を応用すると、図２より明らかなように、例えば、タイミング１５μｓ付近に設定しインク吐出量の少ない画素を形成する工程と、タイミング３０μｓ付近に設定しインク吐出量の多い画素を形成する工程とを記録信号に応じて行なうと、両工程の吐出速度および周波数があまり変動せず印字品質を安定させた状態で、大小ドットからなる画素を記録信号に応じて形成する階調記録が可能である。タイミングをさらに多段階とすることで、多階調の記録が可能となる。
【００２２】
本発明の一実施形態では、小ドットの画素形成時はヒータ１個だけの駆動を行ない、大ドットの画素形成時には図２を参照して、小ドットの画素形成のためのヒータ１個駆動時と比べあまり大きくならない吐出速度となるタイミングに設定することにより、前記と同様な効果を発揮することができる。この時、大ドットの画素形成のためのヒータ２個駆動時は小ドットの画素形成のためのヒータ１個駆動時よりもインク吐出量は多い。また、小ドット形成時には、ヒータは１個しか駆動していないので、省電力化が図れる。
【００２３】
このように両ヒータの駆動タイミングを調整することにより、例えば、タイミング３０μｓ程度として、インク吐出量（４０ｐｌ）が多くしかも吐出速度（８ｍ／ｓ）があまり高速になり過ぎないという従来困難であった記録を行なうこともできる。２つのヒータを同時に駆動（遅延時間０μｓ）すると、インク吐出量はこれと同じ４０ｐｌが得られるが、吐出速度は１２ｍ／ｓとなりスプラッシュの問題が生じ易くなってしまう。
【００２４】
タイミング１５μｓ程度として、インク吐出量が少なくかつ吐出速度が比較的速い記録を行なうこともできる。なお、後側の大ヒータを前側の小ヒータに先行して駆動させる場合も、同様に吐出速度ｖを大きくしすぎることなく吐出量Ｖｄを大きくすることができる。
【００２５】
なお、図５にはノズル１１の他の実施例が示してあり、これによると、細長い形状の前側ヒータ１２および後側ヒータ１３とがずらして配置されている。
【００２６】
【実施例】
第１の実施例では、印字信号を受けると図示しない駆動回路により、まず前側ヒータ２が駆動され、その後２０μｓ経過してから後側ヒータ３が駆動される。図６に、本実施例の時間経過に伴うノズル１内のインクおよび気泡の様子が模式的に示されている。この図６には、前側ヒータ２の駆動開始時からの経過時間が記してある。図６（ａ）はヒータ駆動前の状態であり、前側ヒータ２が駆動されると、熱によりインクが沸騰し気泡４ａが発生する。この気泡４ａの発泡圧力により吐出口からインク吐出が始まる（図６（ｂ）参照）。
【００２７】
その後、前側ヒータ２による気泡の増大が修まり、気泡４ａが収縮を開始する（図６（ｃ）参照）。この期、吐出口部のインク液柱にくびれが生じ、メニスカスが形成される。ノズルから吐出中であるインク滴５は後退することなく前方へ向かって進むが（この時点でのインク滴５の体積は約１０ｐｌ、吐出速度は約７ｍ／ｓ）、それ以外のインクは、気泡４ａの発泡圧力により吐出口から収縮に伴って引き込まれ、メニスカス５ｂはノズル開口端部１ａから後退する。そして、前側ヒータ２が駆動されてから２０μｓ経過後に後側ヒータ３が駆動され、後側ヒータ３の加熱による気泡４ｂが生成される（図６（ｄ）参照）。この時、気泡４ａの収縮と気泡４ｂの増大とが同時に進行し、前側に生成された気泡の収縮によるインク吸引は、後側に生成された気泡４ｂの増大により相殺される。その上、後側ヒータ３は大型でありその作用は大きく、気泡４ｂの増大は、気泡４ａの収縮を相殺するだけでなく、メニスカス５ｂを再び前進させ、インク滴５の第１滴部分５ａの後部に一体的に第２滴部分５ｃが形成される。なお、ここでは便宜上、前側ヒータ２の駆動により形成されたインク滴の大径部分を第１滴部分５ａ、後側ヒータ３の駆動により形成されたインク滴の大径部分を第２滴部分５ｃと示しているが、本実施例では、第１滴部分５ａの尾部がノズル１内のインクと分断する前に第２滴部分５ｃが形成されるので、２個所にこぶ状の大径部をもつインク滴５となる。
【００２８】
その後、気泡４ａは消泡し、気泡４ｂが増大を続けインク滴５はさらに前進する（図６（ｅ）参照）。気泡４ｂが増大した後、縮小すると、インク滴５はノズル１内部のインクと分離して吐出し、メニスカス５ｂは後退する（図６（ｆ）参照）。第２滴部分５ｃは、メニスカス５ｂが比較的後退した状態で生成され進行速度が速いため、インク滴５内で第１滴部分５ａに追いつく。最終的なインク滴５の吐出量は約３０ｐｌ、吐出速度は約８ｍ／ｓである。
【００２９】
次に図７を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。
【００３０】
第２の実施例では、前側ヒータ２が駆動された後２５μｓ経過してから後側ヒータ３が駆動される。図７に、時間経過に伴うノズル１内のインクおよび気泡の様子が模式的に示されている。この図７には、前側ヒータ２の駆動開始時からの経過時間が記してある。図７（ａ）はヒータ駆動前の状態であり、前側ヒータ２が駆動されると、熱によりインクが沸騰し気泡６ａが発生する。第１の実施例と同様に、この気泡６ａが徐々に増大してインク吐出が始まる（図７（ｂ）参照）。その後、前側ヒータ２による気泡の増大が修まり、気泡６ａが収縮を開始する（図７（ｃ）参照）。この時、ノズルからインク滴（第１のインク滴）７ａが吐出し、ノズル内に残ったインクは気泡６ａの収縮に伴って引き込まれ、メニスカス７ｂはノズル開口端部１ａから後退する。
【００３１】
そして、前側ヒータ２が駆動されてから２５μｓ経過後に後側ヒータ３が駆動され、後側ヒータ３の加熱による気泡６ｂが生成される（図７（ｄ）参照）。この時、気泡６ａは消泡している。後側ヒータ３は大型でありその作用は大きく、気泡６ｂが増大するとメニスカス７ｂが再び前進し、すでに吐出された第１のインク滴７ａの後方に、第２のインク滴７ｃが吐出する。第２のインク滴７ｃの速度は、図２（ａ）から明らかなように約９ｍ／ｓであり、第一のインク滴７ａよりも速いのですぐに追いつき、両インク滴７ａ、７ｃが一体化（合体）する（図７（ｅ）参照）。
【００３２】
その後、気泡６ａは縮小しやがて消泡する。それに伴って、メニスカス８は後退する。この時、一体化したインク滴７は、第１のインク滴７aと実質的に同じ速さになって飛翔する（図７（ｆ）参照）。
【００３３】
なお、以上のインク吐出が完了した後のメニスカス７ｂの後退量が、次回のインク吐出に影響を及ぼすが、このメニスカス後退量は後側ヒータが消泡する際のヒータに対して前側のイナータンス（流路抵抗）と後側のイナータンスとのバランスによって決まるため、本実施例のように前側のイナータンス（流路抵抗）が大きいと、メニスカス後退量が小さくなり、印字周波数が高くできる。
【００３４】
図８は、本発明のインクジェット記録装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００３５】
このインクジェット記録装置は、記録ヘッドとインクタンクとが一体となったヘッドカートリッジ２７１を着脱自在に搭載するキャリッジ２７０を有し、このキャリッジ２７０の往復走査と、これに直交する方向への被記録媒体の所定ピッチでの搬送を交互に繰り返しながら、記録ヘッドからインクを吐出し、被記録媒体に記録を行なうものである。記録ヘッドは、先に示したような、１つのインク流路に対して２つのヒータを有するものである。また、記録ヘッドのインク流路は、３６０ｄｐｉの密度で配列されている。
【００３６】
図８において、主制御部をなすコントローラ２００は、マイクロコンピュータ形態のＣＰＵ２０１と、その手順に対応したプログラムやテーブル、ヒートパルスの電圧値、パルス幅、その他の固定データを格納したＲＯＭ２０３と、画像データを展開する領域や作業用の領域等を設けたＲＡＭ２０５とを有する。このコントローラ２００で、同じ流路内の２つのヒータを駆動する場合に、階調信号に応じて記録ヘッドのヒータの駆動タイミングをずらしたりするといった制御を行なう。
【００３７】
２１０は画像データ等の供給源をなすホスト装置（画像読み取りのためのリーダであってもよい）であり、画像データその他のコマンド、ステータス信号等は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介してコントローラ２００との間で送受信される。
【００３８】
操作パネル１０２には、後述されるように各種のモードを選択するためのモード選択スイッチ２２０、電源スイッチ２２２、記録開始を指令するためのプリントスイッチ２２４、および吐出回復処理の起動を支持するための回復スイッチ２２６を有し、操作者による指令入力を受容する部分である。２３０はホームポジションやスタートポジション等、キャリッジ２７０の位置を検出するためのキャリッジ位置検出センサ２３２、およびリリーフスイッチを含むポンプの位置を検出するためのポンプ位置検出センサ２３４等を備えた、この記録装置の状態を検出するためのセンサ群である。
【００３９】
２４０は、コントローラ２００から送られる記録データに応じて記録ヘッドのヒータを駆動するためのヘッドドライバである。また、ヘッドドライバ２４０の一部は、記録ヘッドの保温制御を行なう温度ヒータ２７２を駆動することにも用いられる。さらに、記録ヘッドの温度を検出する温度センサ２７３からの検出値は、コントローラ２００に入力される。
【００４０】
２５０は、キャリッジ２７０を往復走査させるための主走査モータであり、この主走査モータ２５０はモータドライバ２５２によって駆動される。２６０は被記録媒体を搬送するための副走査モータであり、この副走査モータ２６０はモータドライバ２５４によって駆動される。
【００４１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、インクの吐出速度や周波数をあまり変動させることなく、インク吐出量を変化させることができる。したがって、印字品質をばらつかせずに任意の大きさのインク滴を自在に吐出できる。
【００４２】
それに伴って、インク吐出量が多くても吐出速度を低く抑えてスプラッター現象を低減したり、逆にインク吐出量が少なくても吐出速度を速くして高速印字を達成することができる。
【００４３】
また、１個のヒーターのみを駆動することによる小ドットの画素形成と、この小ドットの画素形成時と同程度の吐出速度に設定して２個のヒーターを駆動する大ドットの画素形成とを行なうと、駆動電力を低く抑えつつ、印字品質を安定させて吐出量の異なるインク吐出が行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態において用いられるノズルの概略図である。
【図２】（ａ）は図１の実施形態におけるヒータ加熱タイミングと吐出速度との関係図、（ｂ）はヒータ加熱タイミングと吐出量との関係図、（ｃ）はヒータ加熱タイミングと印字周波数との関係図である。
【図３】ヒータを１回駆動した後の経過時間とメニスカス変動量との関係図である。
【図４】本発明におけるヒータ駆動パルスのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２の実施形態において用いられるノズルの概略図である。
【図６】本発明の第１の実施例におけるノズル部の様子を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施例におけるノズル部の様子を示す模式図である。
【図８】本発明のインクジェット記録装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、１１ ノズル
１ａ ノズル開口端部
２、１２ 前側ヒータ
３、１３ 後側ヒータ
４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂ 気泡
５、７ インク滴
５ａ、７ａ 第１滴部分
５ｂ、７ｂ メニスカス
５ｃ、７ｃ 第２滴部分
１０２ 操作パネル
２００ コントローラ
２０１ ＣＰＵ
２０３ ＲＯＭ
２０５ ＲＡＭ
２２０ モード選択スイッチ
２２２ 電源スイッチ
２２４ プリントスイッチ
２２６ 回復スイッチ
２３０ センサ群
２３２ キャリッジ位置検出センサ
２３４ ポンプ位置検出センサ
２４０ ヘッドドライバ
２５０ 主操作モータ
２５２ モータドライバ
２５４ モータドライバ
２６０ 副走査モータ
２７０ キャリッジ
２７１ ヘッドカートリッジ
２７２ 温度ヒータ
２７３ 温度センサ

Claims (6)

1. 少なくとも２つのヒータが内部に設けられているノズルを用い、記録信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出することにより１画素の記録を行なうインクジェット記録方法であって、
   ノズル内のヒータのうち一方のみを駆動してインクを吐出してインク量の少ない画素を形成し、小ドットの記録を行なう工程と、
   ノズル内の２つのヒータのうちの一方を駆動し、その後で、前記ノズル内に供給されたインクのメニスカスが前記ノズルの開口端部よりも後退した位置に存在する期間内に設定されたタイミングで他方の前記ヒータを駆動してインクを吐出してインク量の多い画素を形成し、大ドットの記録を行なう工程と
   を有するインクジェット記録方法。
2. 大ドットの記録を行なう工程で先に駆動される前記ヒータが前記ノズルの前記開口端部側に配置されており、後に駆動される前記ヒータが前記ノズルの後部側に配置されている請求項１に記載のインクジェット記録方法。
3. 大ドットの記録を行なう工程で先に駆動される前記ヒータが相対的に小であり、後に駆動される前記ヒータが相対的に大である請求項２に記載のインクジェット記録方法。
4. 少なくとも２つのヒータが内部に設けられているノズルを用い、記録信号に応じて前記ノズルよりインクを吐出することにより１画素の記録を行なうインクジェット記録装置であって、
   ノズル内のヒータのうち一方のみを駆動してインクを吐出してインク量の少ない画素を形成し、小ドットの記録を行なわせる第１駆動手段と、
   ノズル内の２つのヒータのうちの一方を駆動し、その後で、前記ノズル内に供給されたインクのメニスカスが前記ノズルの開口端部よりも後退した位置に存在する期間内に設定されたタイミングで他方の前記ヒータを駆動してインクを吐出してインク量の多い画素を形成し、大ドットの記録を行なわせる第２駆動手段と
   を有するインクジェット記録装置。
5. 大ドットの記録を行なわせる場合に先に駆動される前記ヒータが前記ノズルの前記開口端部側に配置されており、後に駆動される前記ヒータが前記ノズルの後部側に配置されている請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 大ドットの記録を行なわせる場合に先に駆動される前記ヒータが相対的に小であり、後に駆動される前記ヒータが相対的に大である請求項５に記載のインクジェット記録装置。

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